Лазерныя зваркі асноўныя параметры працэсу

1) Лазерная магутнасць. У лазернай зварцы ёсць парог шчыльнасці энергіі лазернай энергіі, пад якой глыбіня расплаву неглыбокая, і як толькі гэтае значэнне будзе дасягнута або перавышана, глыбіня расплаву значна павялічваецца. Толькі тады, калі шчыльнасць лазернай магутнасці на нарыхтоўцы перавышае парог (матэрыяльны залежны), генеруецца плазма, што азначае стабілізацыю глыбокай зваркі. Калі магутнасць лазера знаходзіцца ніжэй за гэты парог, нарыхтоўка толькі падвяргаецца плаўленню паверхні, гэта значыць, зваркі працягваюцца ў стабільным тыпе перадачы цяпла. Калі шчыльнасць лазернай магутнасці набліжаецца да крытычнага стану фарміравання невялікай адтуліны, глыбокая зварная зварка і зваркі праводнасці чаргуюцца і становяцца нестабільнымі працэсамі зваркі, што прыводзіць да вялікіх ваганняў глыбіні расплаву. У лазернай глыбокай звальненні зваркі лазерная магутнасць кантралюе як глыбіню пранікнення, так і хуткасць зваркі, як паказана на мал. Увогуле, для пэўнага дыяметра лазернага прамяня глыбіня расплаву павялічваецца па меры павелічэння магутнасці прамяня.

2) прамянёвая каардынацыйная пляма. Памер плямы прамяня - адна з найважнейшых зменных у лазернай зварцы, паколькі ён вызначае шчыльнасць магутнасці. Аднак яго вымярэнне з'яўляецца праблемай для лазераў з высокай магутнасцю, хоць многія ўскосныя метады вымярэння ўжо даступныя.

Памер мяжы прамяня ў очаговой дыфракцыі можа быць вылічаны з тэорыі святла, але фактычнае месца перавышае вылічанае значэнне з -за наяўнасці аберацыі лінзаў. Самым простым метадам вымярэння з'яўляецца метад ізатэрмічнага профілю, які заключаецца ў вымярэнні каардынацыйнага пляма і дыяметра перфарацыі пасля спальвання і пранікнення поліпрапіленавай пласціны з тоўстай паперай. Гэты метад трэба вымяраць практыкай, асвоіўшы памер лазернай магутнасці і час дзеяння прамяня.

3) Значэнне паглынання матэрыялу. Паглынанне лазера матэрыялам залежыць ад некаторых важных уласцівасцей матэрыялу, такіх як хуткасць паглынання, адбівальнасць, цеплаправоднасць, тэмпература плаўлення, тэмпература выпарэння і г.д. Самым важным з'яўляецца хуткасць паглынання.

Фактары, якія ўплываюць на хуткасць паглынання матэрыялу да лазернага прамяня, ўключаюць два аспекты: па -першае, супраціў матэрыялу. Пасля вымярэння хуткасці паглынання паліраванай паверхні матэрыялу ўстаноўлена, што хуткасць паглынання матэрыялу прапарцыйная квадратным корані каэфіцыента супраціву, што, у сваю чаргу, залежыць ад тэмпературы; Па -другое, стан павярхоўнага (або аздаблення) матэрыялу аказвае больш важны ўплыў на хуткасць паглынання прамяня, такім чынам, аказваючы істотны ўплыў на эфект зварачнага зваркі.

Даўжыня хвалі з лазерам CO2 звычайна 10,6 мкм, кераміка, шкла, гума, пластыка і іншыя неметалы пры яго хуткасці паглынання пры пакаёвай тэмпературы вельмі высокія, у той час як металічныя матэрыялы пры пакаёвай тэмпературы пры яе паглынанні вельмі дрэнныя, пакуль матэрыял калісьці калісьці не расплавіўся або нават выпарваецца, яго паглынанне рэзка павялічылася. Выкарыстанне павярхоўнага пакрыцця або генерацыі павярхоўнага генерацыі аксіднай плёнкі для паляпшэння паглынання матэрыялу да прамяня вельмі эфектыўна.

4) хуткасць зваркі. Хуткасць зваркі аказвае вялікі ўплыў на глыбіню расплаву, павелічэнне хуткасці зробіць глыбіню расплаву неглыбокай, але хуткасць занадта нізкая і прывядзе да празмернага плаўлення матэрыялу, нарыхтоўкі зваркі. Такім чынам, пэўная лазерная магутнасць і пэўная таўшчыня канкрэтнага матэрыялу маюць адпаведны дыяпазон хуткасці зваркі, і ў якой можна атрымаць адпаведнае значэнне хуткасці, калі максімальная глыбіня расплаву. На малюнку 2 прыводзіцца сувязь паміж хуткасцю зварачнай хуткасці і глыбінёй раставання 1018 сталі.

5) Ахоўны газ. Працэс лазернага зваркі часта выкарыстоўвае інертны газ для абароны пула расплаву, калі некаторыя матэрыялы зварваюцца незалежна ад акіслення паверхні, то таксама ўлічваюць не абарону, але для большасці прымянення часта выкарыстоўваюцца гелій, аргон, азот і іншыя газы для абароны, так што нарыхтоўку ад акіслення падчас працэдуры зварання.

Гелій няпроста іянізуецца (іянізацыйная энергія высокая), што дазваляе лазеру праходзіць праз і энергію прамяня, каб дасягнуць паверхні нарыхтоўкі бесперашкодна. Гэта найбольш эфектыўны экранаваны газ, які выкарыстоўваецца ў лазернай зварцы, але даражэй.

Аргон танней і больш шчыльны, таму ён абараняе лепш. Аднак гэта адчувальна да іянізацыі плазмы з высокай тэмпературай металу, што прыводзіць да экранавання часткі прамяня да нарыхтоўкі, зніжаючы эфектыўную лазерную магутнасць для зваркі, а таксама пагаршаючы хуткасць зваркі і глыбіню расплаву. Паверхню зварнай часткі больш гладкая з абаронай аргону, чым з геліевай абаронай.

Азот - самы танны экранаваны газ, але ён не падыходзіць для некаторых відаў зваркі з нержавеючай сталі, у асноўным з -за металургічных праблем, такіх як паглынанне, якое часам стварае сітаватасць у зоне калега.

Другая роля выкарыстання экранаванага газу заключаецца ў абароне факусоўкі ад забруджвання пары і распылення вадкага расплаўленага кропель. Гэта асабліва неабходна пры лазернай зварцы з высокай магутнасцю, дзе выкід становіцца вельмі магутным.

Трэцяй функцыяй экранаванага газу з'яўляецца тое, што яна эфектыўная для рассейвання плазменнага экранавання, якая ўтвараецца з дапамогай лазернай зваркі высокай магутнасці. Металічная пара паглынае лазерны прамень і іянізуецца ў плазменную воблаку, а экранаваны газ вакол металічнай пары таксама іянізуецца цяплом. Пры наяўнасці занадта вялікай плазмы лазерны прамень у некаторай ступені спажываецца плазмай. Наяўнасць плазмы ў якасці другой энергіі на працоўнай паверхні робіць глыбіню расплаву, а паверхня басейна зваркі шырэй. Хуткасць комплексу электронаў павялічваецца за кошт павелічэння колькасці сутыкненняў з электроннымі іёнамі і нейтральным атомам, каб знізіць шчыльнасць электронаў у плазме. Чым лягчэй нейтральны атам, тым вышэй частата сутыкнення, тым вышэй хуткасць злучэння; З іншага боку, толькі высокая энергія іянізацыі экранаванага газу, каб не павялічыць шчыльнасць электронаў з -за іянізацыі самога газу.

Як відаць з табліцы, памер воблака ў плазме вар'іруецца ў залежнасці ад ахоўнага газу, а гелій з'яўляецца самым маленькім, а за ім азот, і самы вялікі пры аргоне. Чым большы памер плазмы, тым меншы глыбіня плаўлення. Прычына гэтай розніцы ў першую чаргу звязана з рознай ступенню іянізацыі газавых малекул, а таксама з -за розніцы ў дыфузіі пары металу, выкліканай рознай шчыльнасцю ахоўных газаў.

Гелій з'яўляецца найменш іянізаваным і найменш шчыльным, і ён хутка разбівае ўзрастаючую металічную пары з расплаўленага металу. Такім чынам, выкарыстанне гелія ў якасці экранаванага газу можа максімальна павялічыць падаўленне плазмы, тым самым павялічваючы глыбіню расплаву і паляпшаючы хуткасць зваркі; Не проста выклікаць сітаватасць з -за яго лёгкага вагі і здольнасці да ўцёкаў. Зразумела, з нашых фактычных вынікаў зваркі эфект абароны з аргонскім газам нядрэнны.

Плазменная воблака на глыбіні расплаву ў зоне хуткасці зваркі з'яўляецца найбольш відавочным. Калі хуткасць зваркі павялічыцца, яго ўплыў будзе аслаблены.

Шчытны газ выкідваецца праз адтуліну асадкі пры пэўным ціску, каб дасягнуць паверхні нарыхтоўкі. Гідрадынамічная форма сопла і памер дыяметра выхаду вельмі важныя. Ён павінен быць досыць вялікім, каб кіраваць распыленым экранаваным газам, каб пакрыць зварачную паверхню, але для таго, каб эфектыўна абараніць лінзу і прадухіліць забруджванне пары металічнай пары або пашкоджанне металу распылення аб'ектыва, памер асадкі таксама павінен быць абмежаваны. Хуткасць патоку таксама варта кантраляваць, інакш ламінарнае паток экранаванага газу становіцца бурным, і атмасфера ўцягваецца ў расплаўлены басейн, у выніку ўтвараючы сітаватасць.

Для таго, каб палепшыць эфект абароны, таксама даступны дадатковы бакавы шлях, гэта значыць праз меншы дыяметр сопла будзе ахоўным газам да пэўнага кута непасрэдна ў глыбокую расплаўленую дзірку зваркі. Шчытны газ не толькі душыць плазменную воблака на паверхні нарыхтоўкі, але і аказвае ўплыў на плазму ў адтуліне і ўтварэнне невялікай дзіркі, што яшчэ больш павялічвае глыбіню зліцця і атрыманне глыбокага і больш шырокага шва зваркі, чым пажадана. Аднак гэты метад патрабуе дакладнага кантролю па памеры і кірунку патоку газу, інакш яго лёгка вырабляць турбулентнасць і пашкодзіць пул расплаву, у выніку чаго працэс зваркі складана стабілізаваць.

6) фокусная адлегласць аб'ектыва. Звычайна зварка выкарыстоўваецца для таго, каб засяроджваць спосаб лазернага збліжэння, агульны выбар 63 ~ 254 мм (2,5 '~ 10 ') фокуснай адлегласці аб'ектыва. Засяроджаны памер плямы прапарцыйны фокуснай даўжыні, тым карацей фокуснай даўжыні, тым менш пляма. Але фокусная адлегласць таксама ўплывае на фокусную глыбіню, гэта значыць, асноўная глыбіня павялічваецца адначасова з фокуснай адлегласцю, таму кароткая фокусная даўжыня можа палепшыць шчыльнасць магутнасці, але з -за невялікай очаговой глыбіні, адлегласць паміж аб'ектывам і нарыхтоўкай павінна быць дакладна падтрымліваць, а глыбіня плаўлення не вялікая. Due to the influence of the spatter generated during the welding process and the laser mode, the actual welding using the shortest depth of focus more focal length 126mm (5'). When the seam is large or the weld seam needs to be increased by increasing the spot size, a lens with a focal length of 254mm (10') can be selected, in which case a higher laser output power (power density) is required to achieve a deep Растаньце невялікі эфект адтуліны.

Калі магутнасць лазера перавышае 2 кВт, асабліва для лазернага прамяня CO2 10,6 мкм, з -за выкарыстання спецыяльных аптычных матэрыялаў для фарміравання аптычнай сістэмы, каб пазбегнуць рызыкі аптычнага пашкоджання факуснай лінзы, часта выбіраюць метад фокусу адлюстравання, як правіла, выкарыстоўваючы паліраваную медную люстраную люстэрка для адбівальніка. З -за эфектыўнага астуджэння, часта рэкамендуецца для лазернага прамяня высокай магутнасці.

7) каардынацыйная пазіцыя. Зварка, каб падтрымліваць дастатковую шчыльнасць магутнасці, пазіцыя очаговой кропкі мае вырашальнае значэнне. Змены ў становішчы очаговой кропкі адносна паверхні нарыхтоўкі непасрэдна ўплываюць на шырыню і глыбіню шва. На малюнку 3 паказаны ўплыў каардынацыйнага становішча на глыбіню расплаву і шырыні шва 1018 сталі. У большасці прымянення лазернага зварачнага зваркі, асноўная кропка звычайна размяшчаецца прыблізна на 1/4 патрэбнай глыбіні расплаву ніжэй паверхні нарыхтоўкі.

8) становішча лазернага прамяня. Калі лазернае зварванне розных матэрыялаў, становішча лазернага прамяня кантралюе канчатковую якасць зваркі, асабліва ў выпадку прыкладаў, якія больш адчувальныя да гэтага, чым у каленях. Напрыклад, калі загартаваныя сталёвыя перадачы зварваюцца да мяккіх сталёвых барабанаў, правільны кантроль над становішчам лазернага прамяня будзе спрыяць выпрацоўцы зваркі з пераважна нізкім вугляродным кампанентам, які мае лепшае ўстойлівасць да расколін. У некаторых прыкладаннях геаметрыя нарыхтоўкі, якая падлягае зварцы, патрабуе адхілення лазернага прамяня пад вуглом. Калі кут прагіну паміж восі прамяня і суставай плоскасцю знаходзіцца ў межах 100 градусаў, паглынанне лазернай энергіі нарыхтоўкі не паўплывае.

9) Зварачная старта і канчатковая кропка лазернай магутнасці паступовага росту, паступовы кантроль зніжэння. Лазерная глыбокая зліццё зваркі, незалежна ад глыбіні зваркі, заўсёды існуе з'ява невялікіх адтулін. Калі працэс зваркі спыняецца і выключаецца перамыкач, у канцы зваркі з'явіцца кратэр. Акрамя таго, калі лазернае зварнае пласт пакрывае першапачатковы звар, будзе празмернае паглынанне лазернага прамяня, што прывядзе да перагрэву або сітаватасці зваркі.

Для таго, каб прадухіліць вышэйзгаданыя з'явы, можна запраграмавацца пускавыя і прыпынкі, каб пачатак магутнасці і прыпынку рэгуляваны, гэта значыць, што зыходная магутнасць у электронным выглядзе павялічваецца ад нуля да ўстаноўленай велічыні магутнасці за кароткі прамежак часу, а час зваркі карэктуецца, і, нарэшце, магутнасць паступова зніжаецца ад усталяванай магутнасці да нулявой велічыні, калі зваркі спыняецца.